复合织物软体容器非线性流固耦合

复合织物制作的软体容器受力分析中,受水的影响,壳体变形大,属于非线性流固耦合问题.利用数字散斑测试技术(DSCM)测量了复合织物泊松比ν,通过任意拉格朗日欧拉算法(ALE)对容器进行了注水工况动态仿真,得到了与工程实际相同的结果,为复合织物在软体贮液容器方面的工程应用提供了参考.     

圆环在波浪作用下的非线性流固耦合分析

将深水抗风浪网箱的重要结构单元——浮架简化为圆环,基于流固耦合理论,建立了圆环在波浪作用下的平面外的非线性运动、变形的方程。并且利用模态叠加法进行求解,对其在实际受力情况下的运动和变形进行了数值计算。结果显示:在圆环弹性位移的前三个模态下变形较大,流固耦合效应很重要。     

板-网结构浮式防波堤消浪性能的试验研究

水深较大时,固定式防波堤不再适用,而相比之下,浮式防波堤具有轻便、机动、经济及良好的海水交换功能等特点。因此为保障深水养殖网箱在风浪中的安全,采用浮式防波堤进行掩护是唯一可行的工程措施。提出了一种新型的浮式防波堤结构型式——板-网浮式防波堤。通过实验室物理模型试验,研究波浪周期、平板宽度、网衣数目、平板刚度以及水流方向和速度对波浪透射系数的影响。试验采用规则波浪,水深为20m,波高为2.5m、4.5m和6.0m,周期为6s～10s。试验结果表明,采用该种浮式防波堤具有较好的消浪效果,但具体参数需根据当地波浪、水流条件而定。     

核电厂房安全壳流固耦合动力响应分析

在地震荷载作用下,核电厂房安全壳水箱内水会发生晃动,这种流固耦合作用会影响到安全壳的动力响应。采用简化附加质量法和光滑粒子流体动力学(SPH)法,分别对应不考虑和考虑水体晃动的效应,选取常用自然波Northridge波和上海人工合成波作为地震动输入,获取了7个水位工况下包括基底剪力、位移和加速度的动力响应。通过对比两种方法的模拟结果,发现考虑水体流动的SPH法要比不考虑水体晃动的简化附加质量法的动力响应要小,水箱内水的晃动对结构整体的动力响应起到了减震的作用;并分析SPH法各水位工况下的动力响应,结果表明:水位高度4.0 m时,安全壳动力响应相对较小,是水箱较为合理的储水水位。     

圆柱壳在水下爆炸载荷下的流-固耦合响应分析

研究了无限域流场中两端简支圆柱壳受球形炸药爆炸冲击载荷作用的响应特性。运用Hamilton变分原理,推导出了考虑流固耦合作用圆柱壳受水下爆炸冲击载荷作用的运动方程,并分别展开成Fourier级数的形式,最后在时域上差分离散,用Galerkin方法求解,得到了在水下爆炸冲击载荷下圆柱壳的响应分析。文章着重就圆柱壳在迎爆面和背爆面的不同位置的变形位移和变形速度进行了对比分析,同时还比较了流体动压力对结构响应的影响。并将分析结果与有限元计算软件MSC.DYTRAN计算结果比较,验证了算法的可靠性。     

抛石防波堤堤内波浪运动的数值模拟

将抛石防波堤认为离散介质结构,根据抛石防波堤内块体随机堆放的特点生成断面,对块体间的孔隙域划分网格。基于二维粘性不可压缩流体的N-S方程和流体自由表面处理的VOF方法,建立了波浪作用下堤身内部和前后流场的有限元数值模拟模型,对堤内的波浪运动进行了数值模拟。数值计算结果与波浪水槽模型实验结果基本吻合。对不同孔隙率和块体粒径的抛石堤计算结果表明,抛石堤内的波浪场受到很多参数的影响,孔隙率越大波长越长透射系数也越大,块体上的受力随着防波堤孔隙率以及块体平均半径的增加而减小。     

波浪地震耦合作用下悬浮隧道动力响应分析

为了分析波浪地震耦合作用下悬浮隧道的动力响应,通过Stokes波浪理论和三角级数法计算了波浪荷载和地震荷载,基于D'Alembert原理建立了波浪地震耦合作用下悬浮隧道的管体-锚索模型.结合悬浮隧道待建工程对荷载参数和系统响应进行分析,结果表明:波浪地震耦合作用下悬浮隧道管体-锚索模型与锚索振动模型具有较好的一致性,但...     

ALE方法在沉箱码头地震液化分析的应用

沉箱码头作为一种常用的结构形式,在地震荷载作用下由于地基液化可能发生沉降、倾斜等灾害形式。在强震作用下,传统有限元方法可能由于液化大变形导致网格畸变而不能正确反映沉箱码头的地震响应。基于算子分裂技术,该文发展了一种适用于饱和砂土液化大变形分析的ALE有限元方法并将其用于两种地基处理形式的沉箱码头在三种地震荷载作用下的地震液化分析。结果表明:强震作用下,ALE方法能够提供精度可靠的沉箱码头地震响应并保证整体的网格质量;沉箱的残余位移与地震荷载峰值近似呈线性关系,且对低频地震荷载较为敏感;在置换区和回填区存在高孔压连通区,可能会加大沉箱码头的残余位移,可考虑设置阻断置换区和回填区孔压转移的措施。     

化学作用下尾矿土柱变形的流-固耦合数值模拟研究

基于之前研究中构建的考虑化学、应力、渗流作用下尾矿土柱变形的非线性耦合数学模型,运用有限差分方法对模型进行离散,用计算软件对离散后的矩阵进行编程求解。     

复合材料迭层板柱状弯曲的非线性流固耦合动力响应分析

导出置于液面上的复合材料迭层板变形时流体作用力的近似表达式; 由Ham ilton 原理建立了考虑横向剪切变形以及流固耦合效应时迭层板的非线性动力方程; 采用差分方法求解了迭层板的非线性流固耦合动力响应; 讨论了不同载荷类型下流场深度及几何非线性对动力响应的影响。      

考虑结构响应及轴线形状的防浪堤抗波浪冲击数值模拟研究

采用多物质ALE(Arbitrary Lagrangian-Eulerian)方法对核电站防浪堤受波浪冲击过程中挡浪墙表面波压力和结构响应规律进行研究。建立与物理模型1∶1的三维直型防浪堤-波浪耦合模型,通过与波浪理论公式和物理模型试验结果对比,验证该文采用的数值造波和耦合冲击方法的可行性。在此基础上建立与实际模型1∶1的三维直、弧型防浪堤-波浪耦合模型,分析了防浪堤结构刚度、断面尺寸以及防浪堤轴线形状对波浪冲击过程中波压力和结构响应的影响。结果表明：防浪堤前、后表面最大波压力分别出现在静水面位置和后墙底部;前墙和堤顶宽度对后墙具有保护作用;结构响应增强前墙波压力,但对后墙波压力有减弱作用;防浪堤轴线方向突变处波压力与结构应力较大。     

渡槽结构考虑流固耦合的横向地震响应简化计算公式

渡槽是输水工程中的控制性工程,在地震中容易发生破坏,导致沿线供水中断。虽然大量渡槽已经建成并投入使用,但关于渡槽的抗震研究还不够完善,在国内还没有统一的渡槽抗震简化计算方法。该文以流固耦合动力学为基础,结合反应谱理论,推导了渡槽横向地震响应的简化计算公式,并与非线性流固耦合有限元时程分析进行对比。对比结果表明：该文提出的简化计算方法可以快速计算渡槽的横向地震响应,计算结果不仅能够有效反映水体晃动对渡槽结构的减震作用,且与数值分析结果吻合较好。     

渡槽结构考虑流固耦合的横向地震响应研究

渡槽结构是一种薄壁杆件结构,有其自身特点,依据符拉索夫(Volasov)及豪斯纳尔(Housner)理论建立考虑槽内水体流固耦合的渡槽薄壁结构空间地震响应分析模型,该模型综合考虑了渡槽横向、竖向、纵向、自由扭转、约束扭转变形以及槽内水体对槽身的流-固相互作用等.由能量原理推导给出了渡槽薄壁梁段单元刚度矩阵及质量矩阵,建立了渡槽结构无水空载及槽内有水时横向地震响应计算方程.利用该模型对某单墩渡槽进行了多工况地震时程响应计算,经与解析解比较,证明模型的正确性,同时说明在地震荷载作用下,渡槽在无水空载及设计水位时的横向位移有所变化.模型计算简单易行,是考虑槽内水体流固耦合作用的渡槽薄壁结构实用的地震响应分析模型.     

基于ALE的大型输水隧道地震动响应并行数值分析

提出基于ALE （Arbitrary Lagrangian-Eulerian）方法的输水隧道地震动响应并行数值分析方法,采用ALE方法模拟内水和隧道的相互作用,提出基于耦合负载均衡的并行计算方法加快求解速度,采用显式中心差分法完成方程求解。针对某大型输水隧道,建立内水-隧道-土体耦合的全三维数值模型,分析其在非一致地震激励下的动力响应。模型中考虑材料非线性、接触及流固耦合非线性等实际情况,并采用PML （Perfectly Matched Layer）建立人工边界模拟无限区域。在曙光5000A超级计算机上,利用所提方法,完成该大规模非线性问题的求解。通过与附加质量法对比,验证ALE方法模拟内水-隧道耦合的可行性;分析输水隧道地震激励下的应力及变形情况;讨论内水量及变形缝对隧道动力响应的影响;分析并行计算效率。结果表明：环向应力较大值出现在靠近工作井的截面,隧道结构满足强度要求;隧道截面变形量处于安全范围内;满水隧道较空隧道承受更大应力;变形缝可以降低隧道的动力响应;所提并行计算方法可以获得较好的并行效率。     

考虑桩-土相互作用的多年冻土区多跨简支梁桥地震响应分析

为分析青藏铁路多年冻土区多跨简支梁桥地震响应情况,建立了一座10×32m箱形多跨简支梁桥三维全桥模型,以等效基础弹簧考虑桩-土相互作用;以具有初始间隙的并联弹簧-阻尼单元模拟伸缩缝两端结构的碰撞,研究了冻土融化深度、行波效应及碰撞效应对多跨简支桥梁结构地震响应的影响。结果表明：随着融土下限加深,等效基础弹簧刚度明显减小,在强地震动作用下,桥梁结构易发生落梁、桥墩倾覆等震害;当相邻碰撞体的相向位移超过伸缩缝宽度时两者发生碰撞,碰撞次数及碰撞力随地震动视波速及行进距离不同而不同,在行波波速较低且行进距离较小时碰撞效果明显,对桥梁地震响应影响较大,极易导致落梁;此外桥台对结构地震响应亦有显著影响。在对多年冻土区多跨简支梁桥抗震性能进行评估时,应特别重视夏季地震动低速行波时可能发生的震害。     

下卧刚性基岩条件下场地土-结构体系地震反应分析方法研究

下卧刚性基岩条件下的土-结构体系地震反应分析模型是一个能量“半开放-半封闭”系统。它与完全的能量“开放”系统土-结构体系地震反应分析模型的不同之处是其采用了域内惯性力的地震动输入方式,这与刚性基岩-结构体系地震反应分析模型的地震动输入方式是相同的。不同于刚性基岩上的结构地震反应分析模型,下卧刚性基岩条件下的土-结构体系地震反应分析模型需要考虑半无限土层对截断边界处的影响。就笔者-所见,目前有许多研究者和工程技术人员对这一问题有错误的理解,认为截断边界的影响只是一个人工边界处理问题,分析中仅采用人工边界条件模拟了截断边界对辐射能量的影响,而忽略了一个更重要的影响因素--下卧刚性基岩条件下场地土的自由场效应。为澄清这一问题,基于土-结构体系地震反应的直接分析模型,严格推导了下卧刚性基岩条件下的土-结构体系地震反应分析方法,指出在通常的工程经验尺度内遗漏自由场运动效应将得不到正确的计算结果。     

波浪冲击下充气式浮桥流固耦合数值模拟分析

采用多物质ALE （Arbitrary Lagrangian-Eulerian）方法对充气式浮桥进行多工况数值模拟分析,流体区域采用ALE描述,浮桥结构采用Lagrangian描述,并通过罚函数方法实现两者间的耦合作用。首先建立三维充气式浮桥-流体耦合动力学模型,并通过与波浪理论公式和物理模型试验数据对比,验证本文采用的数值造波和流固耦合建模方法的可行性;随后展开初始工况、移动载荷工况、波浪冲击工况下浮桥结构响应的计算和分析。结果表明：随着载重增加,囊体垂向位移和应力随着增加;相比于陆上工况,海上浮囊平衡时垂向位移增加,应力明显减小;波浪冲击中最大铰链接触力和最大囊体应力出现在浮桥两端,最大铰链弯矩出现在中段;随着波高的增加,囊体应力增大。